Phosphor Und Kalium

Phosphor und Kalium Wenig mobile Bodenniihrstoffe miissen erschlossen werden

OLA 120 - Nahrstoffmanagement im Organischen LandbauPhosphor und Kalium

Bestimmungsfaktoren

der Nahrstoffdynamik-

und verfugbarkeit

(WERNER 1994)

iL

_N_ii_h_rs_to_f_fa_nP_er_~a_nnu_z~_g_s_ve_r_m_o_ge_n_J Rhizospiihre I I Wurze~ Aspektel morP.hOlo9le

biochemische

MobHisierungIlmmobiiisierung SorptionIDesorption Gleichgewichte

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80deneigenschaften chemisch, physlkal .. biologisr.h

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:! Steuerung durch:

Ackerbauliche Ma6nahmen - Bodenbearbeitung -

Pflanzenbauliche Ma6nahmen - Fruchtfolge -

Wurzelmorphologie Boden/Wurzelkontakt optimieren, durch - feine, junge Wurzeln, homogen verteilt - wenig Assimilatekonkurrenz zum Spross - tiefreichendes Wurzelsystem, Bioporen

Isogene Maislinien mit unterschiedlichem Wurzelsystem

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Geometrische

Bedingungen fur die Diffusion zur Wurzel bzw. zum Wurzelhaar

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Vs = M+ M2/2ro

I

Vs = Volumen je Einheit Oberflaehe [em3*em2] ro = Radius von Wurzelhaar

I Wurzelzylinder

M = Abstand zur Wurzelhaaroberflaehe

Root cylinder fo=O.1 mm

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I Mikroorganismen

(riitlich)

toniger Boden (gran)

Zytoplasma (gelborange) Farbung: Thiazinrot R vor der Harzimpragnierung. DOnnschliffpraparat, Fluoreszenz im Blaulicht. M=50um

Guckert, A. 1992

.IOL__

OLA 120 - Niihroloffmanagemenl im Organischen LandbauPhosphor und Kalium

P-Aufnahme durch Maiswurzeln mittels P-32 als Marker* (Agar)

OLA 120 - Nahrstoffmanagementim Organischen Landbau Phosphor und Kalium

P-Aufnahme durch Maiswurzeln mittels P-32 als Marker* (Boden)

Boden mit P markiert: Wegen der starken Bindung

Bodenschicht,mit Rb-86 ais "Tracer"fUr K.Auch

ist P wenig beweglich und nur sin enger bereich um eine Wurzel tragt zur P versorgung der Wurzeln bei.

hier sind die Verarmungszonen um die drei Maiswurzeln sehr eng. ...__

mg je 100 9 Boden Gehaltsstufe

fUr aile Bodenarten A nledrlg

K20

P2O.

untar II

leichte Boden

mittlere Boden

schwere Boden

unter 8

unter 12

unter 15

B mittel

11 - 18

8- 15

12-24

15- 30

C hoch

19 - 35

16 - 25

25 - 40

31 - 50

o

sehr hoch

E extrem hoch

36 - 60 Gber60

26-50

41 -50

51 -70

Gber 50

Gber 60

Gber 70

10 L........•.•... -7/"1· "

Beziehung zwischen dem Nahrstoffgehalt im Boden und dem Ertrag in den Gehaltsklassen A-E

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25

(mg K/100mf)

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7e?9SoSta2SS4 Jahr

Bestimmung der K-Aufnahme aus dem Unterboden durch das KlRb-Verhaltnis PfIanzenspro~

K Rb

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K

Anteil der K-Aufnahme (20 - 11 )xl00 aus dem Unterboden in % • . 20

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Prozentualer Beitrag des Unterbodens zur K-Emahrung von Sommerweizen bis zum Ahrenschieben auf Standorten mit unterschiedlichem K-Gehalt im Unlerboden. aber gleichem Oberboden mil 9 mg K /1OOg 10 L__ Boden (K-Gesamtautnahme=100% Feldversuche mil Lol1boden, 1984 und 1986) --.' .',

OLA 120 - Nahrsloffmanagement im Organischen LandbauPhosphor und Kalium

Anteil K-Anlieferung

aus dem Unterboden

der Wurzellangendichte

in Abhangigkeit

yom Klima und

(WLD; cm*cm-3) im Unterboden

%

Parabraunerde aus LoB; Normaljahr 1979 (April· Juli) Basis WLD: 1979; Weizen

•

WLD*0,5

o

WLD* 1,0

•

WLD*1,5

Anteil der K-Aufnahme aus dem Unterboden in Abhangigkeit yom Klima und der K-Versorgung

Gehaltsklasse C ) Gehaltsklasse B Gcllallsklassc

A

lOL.-RENGER1993

Parabraunerde

aus L6~, Normaljahr 1979, Sommerweizert-

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OLA 120 - Nahrstoffmanagement im Organischen landbau Phosphor und Kalium

Anteil der K-Anlieferung aus dem Unterboden in einem Trockenjahr in Abhangigkeit yom K-Gehalt und der Wurzellangendichte im Unterboden (Sommerweizen. L61!.-Parabraunerde)

K-Konzentration im Unterboden RENGER1993

OLA 120 - Nahrstoffmanagement im Organischen Phosphor und Kalium

Landbau -

Beziehung zwischen dem K-(CaCldgehalt der Krume und des Unterbodens (30-60 cm) K-Gehaft frn Unterboden 10 mgK/100g

y

= 0.17x + 1.36

r=O,52xx

5

K-Gehatt

10

in der Krume (mg K /100g)

OLA 120 - Nahrsloffmanagemenl im Organischen Phosphor und Kalium

Landbau -

DiffusionsflGsse in verschiedenen Horizonten einer LoB-Parabraunerde Pg ~1~fz~l::Jktiondes Bodenwassergehaltes • Ap

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(Obe,boden: KUHLMANN

"* Gesamtaufnahme= 100% • Wurzeldichte > 0,05 cm/cm3

lonige, Lehm mil 9 mg Kl100 9 Boden, Unlerboden: Sandl6B mil 16 mg Kl100 9 Boden 1987

hohe Durchwurzelungstiefen

(> 90 cm),

hohe WLD im Unterboden (> 10 km/m') Tongehalte> 15 % (bzw. Sand Ober ton-reicheren Lagen) relativ hohe K-Gehalte 1m Unterboden, keine PfIugsohlen- bzw. Unterbodenverdichtung. Trockene Lagen bzw. Jahre (Niederschliige < 600 mm/a)

Mittlere Durchwurzelungstiefen mittlere WLD im Unterboden

(- 70-90 cm), (- 6-10 km/m'),

mittlere K-Gehalte im Unterboden (2-5 mg Kl100 g, CaC1,), keine starken Bodenverdichtungen, mittlere feuchte Verhiiltnisse (- 600-700 mm Niederschlag/a)

geringe Durchwurzelungstiefen «70 hohe K-Gehaite im Oberboden und geringe K-Gehalte im Unterboden, Standorte mit hohen Verdichtungen, feuchte Standorte

em)

L6B-Parabraunerden, Lo!1-Schwarzerden, tonige Auenboden, Zweischichtboden (Sand/toniges Material) tiefgrundige, tonige Braunerden

Lo!1-Parabraunerden, Lol1-5chwarzerden tonige Auenboden, in normalen und feuchten Jahren Parabraunerden aus Geschiebelehm bzw.-mergel tonige Braunerden Pelosole (mesozoische Tone) Sand-Braunerden Pseudogleye 0) Gieye (aus Sanden) 0) BOden mit hohen PfIugsohlenverdichtungen feuchte Standorte Polsole aus Sanden

Ertrag von 2 Baumwollsorten in Beziehung zum wasserl6slichen Kim Boden (0-40cm)

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Korrekturwerte der WurzeUingendichte (WLD) liir Getreide in cmIcmJ fUr den Zeitraum Schouen-Ahrenschicb.n in Abhingigkeit van der klimatischea Wuserbilanz und der Bod.om (I = Sand, 11oa Lehm- "nJ Scbluffhiitkn) kJimaliscb. Wasocd>lIua&

WLD (SIn/em')

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OLA 120 - Nahrstoffmanagement im Organischen Landbau ~~ ~ _ PhoS2horund Kalium ..

Ablaut der K-Entleerung des wurzelnahen unterschiedlicher Wurzellangendichte

b=10

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OLA 120- Nahrsloffmanagemenlim OrganischenLandbau. Phosp_h_or_u_nd_Ka_Jiu_m_________

Weiter: Phosphor

_

_

__

Strategien der Erhohung der P-Effizienz der Pflanze Morphologische Eigenschaften der Wurzel (L1NDENTHAL 2000) Morphologisc

ISymptom

Auswirllung

hesMerllmal

QueUe

unterschledllchem Wurzelsyatem reagleren auf LB.Linl ••• rootless- blld.t weniger SproBmaue bel schlechter Normalllnie eMaialinl."

mlt

die P·Veraorgung: P·Versorgung als

.Vermehrt •• Wurzelwachstum bel P/K·Mangel .Vermlnderung bel hohen P/K-Konzentratlonen

Wurzellange bzw.Oberflache

SCHELLER

(1Illl3a)

FOHSE .H6chst

•• WurzellSproB-Verhirtnlsa

bel

Weizen

und

Weld.Igra. (= P-effizienter

at al. (1988)

als

LB Tomate und Zwiebel)

.Vermogen tiefwurzelnder Pflanzen bel Trock.nhett aus tieferen, Bodenschichten (P-Mobilitit noch hoher). P aufzunehmen

noch

feuchten

% de.

aufg_nammene"

P stammen

el.1.

RENGER

(1986,zit.

_Hohe WurzeldichtB 1m Unterboden verbessert NihmoffaneignungsvslTllOgen >Sortenwahl ) 30

zit in CLAASSEN

KUCHENBUCH

olnTrockenjahren: 50% d. Nihratoffe werden au. Unt.rboden aufgenomnwn

_0 25 % biB

SCHMID (lQQ1) DE WILLIGEN und VAN NOORDWIJK(l987t, beida (1994,5.88)

WECHSUNG und PAGEL (1QQ3), STUMPF at al. (1994) (8ioho KapltoI2.5.3).

_Mobilla'erung groller P-Mengen aue dem Unterboden In Nlcht-P-gedOngten ParzeUen von mehrjahrigen Versuchen

(-

KOPKE

(1994) 01 al.

in KOPKE (1994a,

_Lange bzw. Dieht. der Wurzelhaare sind abhinglg von der Pflanzenart uod von den Umweltbedlngungen.

HENDRIKS

.Wurzelhaarblldung

FOH5E

und JUNGK

BUH5E

(1QQ2)

In Abhinglgkett

v. PooGehaltGnIn der Nihrlo8ung

_Einftu •• d. Wurzelhaare In Model1rechnungen zur P-Aufnahme our bel Varianten mil nledrigen ve!fOgbaren p. Gehalten

OLA

120

-

Nahrsloffmanagemenl

im Organischen

Phosphor und Kalium

Phosphateintrage

landbau

-

-------

-----

in die Flie~gewasser 1995

nach Mohaupt et _~1.19~9_6 __

1994b)

S. 901.)

SCHEFFER und 5CHACHTSCHHABEL 8·230)

aus dam Unterboden

5

Lange der Wurzelhaare

01. 1900

-Gering_ P·Versorgung: bel 7 Pflanzenarten (Bohne, Raps, Spinal, Tomate, Weidelgru, Welzen, Zwiebel) .rh6ht •• Wurzel/SproB-Verhiftnlsse

·Sehr gro6e Schwankungen In der Wurzellange auch bel glelchen Pftanzenarten (LB. ZuckelTObe: 3 ·70 kmIm2,Weizen: 3·38 kmlm2). -Geaamtwurzellange wichtig fOr die P-Versorgung

Tiefenverteilung d. Wurzeln Bedeutung d. Unterboden

el

SATTELMACHER

-..

_

Nioderschlag + Streu In die Gewasser 10001

Induslrielle AbwiiS$8l'

6.0001

(1992,

at ar. (1981)

(1983)

OLA 120 - Niihrstoffmanagement im Organischen Phosphor und Kalium

Landbau

-

P and N - emissions into the surface waters of Germany in 1987/89 by different sources (AG Fliel1gew8sser 1990)

Rainwater Natural

sources (1500) 2%

treated (20000)

Other (18000)

2.6%

2.3%

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30.5 %

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Municipal sewage plants (29000)

Mun~_ sewage plants (235000)

2.7%

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Drainage

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(20000)

(2000)

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FREYER und PERICIN (1.93)

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JOHN .tal. (1990)

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KOEPF .tal. 1989 MAYER 1995 NEUERBURG (1995)

1

NOLTE 1989 STEIN-BACHINGER unci BACHINGER(18971

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Umstellungsbetrieb Mut1el1l.uhhaltung Mutterkuhhaltung und extensive Schweinemast Dauer der hi ischen Bewirt.schaftu seit der

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(Mastschweine)

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MF (viehschwach)

1 '.2 1 '.2 6 Dauer der bioIogischen Bewirtschaftung 7 Angabe des Mitlelwertes bei Arlzahl der Betriebe n rel="nofollow">1 8 Gl=GrU'llandbetrieb. GM=Gemischtbetrieb, MF=Marktfruchtbetrieb. VE=Verede!ungsbetrieb mit GeflUgelundlod« Schweinehaltung 9 in kg Phaa unci JatY; Angabe des MitteIwertes bei AnzahI der Betriebe n>1 10 ArmIhi der 8enJgsjatve

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OLA 120 - Nahrstoffmanagement im Organischen Phosphor und Kalium

Landbau -

Starken und Schwachen der Phosphor-Hoftorbilanzierung Starken

Schwlichen

Grob-Indikatorfunktion fur die Geschlossenhit des Nahrstoffkreislaufes (FREYER und PERICIN 1993, KOEPF et aJ. 1989, S. 27).

Die Variabilitat der Inhallsstoffe (und im besonderen auch der Mineralstoffe wie z.B. yon P) natUriicher Substrate ist hoch (vgJ. HAAS 1995, S.102)

Relativ einfache, praktikable Methode (relativ geringer Zeit-, Arbeits- und Rnanzaufwand)

Aufzeichnungen uber belriebliche Massenbewegungen fUr Bilanzierungen sind oft unzulanglich und fehlemafte Daten meist schwer zu erkennen (HAAS 1995, SCHUPBACH 1997).

Aussage Systems

Schwankungen im Zu- und Verkauf (Ertragsschwankungen, Zukaufe anderen Jahr als die Verkaufe etc.)fUhren zu unterschiedlichen Nahrstoffbilanzen - > eine meh~ahrige Bilanzierung ist erforder1ich (KOEPF et aJ. 1989, S. 31).

uber das Nahrstoffgleichgewicht (SCHUPBACH 1997, S. 103)

eines

im

Die erfaBte Hohe des Nahrstoffoulpuls gibt Auskunft uber die Intensitat des Betriebes

Innerbelriebliche Venuste, Umlagerun.gen und Akkumlationen konnen m~ der Holtorbilanz nicht erfaBt werden (KOPKE 1994a, S. 93). Dies betriffl Stoffflusse zwischen Stall- und Nutzflache sowie die talsachliche Verteilung der Nahrstoffe bzw. die Nahrstoffversorgung (-mangel oder uberschusse) auf den einzelnen Schlagen des Betriebes. DafUr waren detaillierte Stall- und Schlagbilanzen notwendig.

Fehleranfalliqe Schatzunq des Nahrstofftransfers aus Rauhfutter, organischen Dungem etc. (mit stark schwankenden Gehallswerten) nehmen meist nur einen geringen Anteil in der Hoftorbilan~erung ein (FREYER und PERICIN 1993, SCHUPBACH 1997, S. 103).

Fehlende Berud<sichtiqunq yon P-Eintragen und P-Austriigen uber die Atmosphiire bzw. aus dem Boden

(P-Venuste)

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-

.

Organischer und mineralische P-Vorrate in ackerbaulich genutzten Oberboden und mittlere P-Fliisse in Bundesrepublik Detuschland im Bezugsjahr 1986

org. P-Pool

610

05

kg/ha

0, 4

Niede rschlag

1.5

r;a

Gewasseraustrag

i.

35 Dungung Verwitterung

1430 kg/ha min. P-Pool

10 7 Errlteentzug

101-__ ...- ----.......

.

Bedeutunll fur die P·Mobilisierun!l1 P·Verfu!lbarkeit

· ·

·

Organisch gebundenes Phosphor in der Rhizosphiire konnte fUr die PfIanzenemiihrung weit wichtiger sein, als bisher angenommen.

Autoren

JUNGKund ClAASEN (1986)

HELEAL und DRESSLER (1989), SEELING (1992)

Ansteigen der P"'ll-Fraktion in der Rhizosphiire

In Boden mit niedriger P-Versorgung kann ein grol1erer SEELING (1992) Antell des Phosphors in organisch-gebundener Form vorliegen. Z.B. auf einem Versuchstandort mit schlechter P-Versorgung P"'ll-Antell von 81% am Pr Gehalt gemessen.

OLA 120 - Nahrstoffmanagement im Organischen Phosphor und Kalium

Landbau-

P-Dynamik im Boden: Kompartimentierung

nach Bindungsformen und den Unmsetzungsmedien Mikroorganismen und Pflanzen

Langsam zirkulierende anorg. Phosphor SproB

Cagebundener Phosphor

Okkludierter anorganischer Phosphor

---......... Ruckstiinde

Gut und miissig verfiigbarer anorganischer Phos hor

Gut und miissig verfug barer organischer Phos hor

Bodenlosung,

OLA 120 - Niihrsloffmanagemenl im Organischen Landbau Phosphor und Kalium

~~

·MOy.nn~sols conventionnell I

I I I I I I

I I I

, I

I

I I

10

20

30

~o

Ann.es de pratique bJologlQue

DDngung Dungungsart

Biologischdynamisch

Hofdunger 1,2 Dungergrol!.vieheinheiten ha" Jahr"

100% als Mistkompost

Pflanzenschutz

Organischbiologisch ausschliesslich Mineraldunger

Hofdunger und Mineraldunger

31 kg P/ha*a 20% mineral. als Rohphosphat

47 kg P/ha*a 60% mineralisch

80% als angerotteter Mist

40% als Stapelmist

46kg P/ha*a 100% mineralisch kein Mist

mechanisch

und Herbizide

Unkrauter Krankheiten

indirekte Methoden und Fungizide (Schadenschwelle) (Schadenschwelle) Insektizide,

(Schadenschwelle)

IOL

_--/1'-~

ATP im Boden in Abhfulgigkeit van Anbauverfahren und Zeitpunktes ng ATP je g Boden

ng ATP je g Boden

1500

1500 Wicken- ErbsenRoggen-Gemenge

-O~anJi~isch -BifmiP.~%ch -Kdi(iell1i'am1tionell

_M~lisch -

01/9

NJltflllUl\lariante

03/90

05/90

07/9011/90

OProbennahmedatum

02/9 1

07/91

08/91

10/91

Probennahmedatum (DOK-Versuch. Thcrwi~ OBERSON et al1995)

P-C°2_11 (mg P*kg" )*

Ungediingt

Biologisc h· Dynamisc h

Organisc h

Konventionell

0,33

1,82

1,45

2,01

0,99

Bic-P. (mg kg")**

PBilanz,.7••.•• (kg P*ha") *P-C02

= in CO2-gesattigtem

Wasser losliches anorg. Phosphat

**Bic-P a'P 0 = in 0,5 M NaHC03 loslicher anorg. Phosphat (P a) bzw. organischer Phosphor (Po) DOK-Versuch.

Therwil, OBERSON

et a11995)

P-VerfGgbarkeit (32P-lsotopenaustauschmethoden n. FARDEAU et al. 1991) Organisch-

Konventionell

Biologisch

miltlerer PhosphalionenfluB VN, Bodenmatrix und ~6sung (Fm) (mg' min-1 • kg-1) mikrobiell gebundener P (P~,J (mg' kg-1) P-FluB durch die mikrobielle Biomasse Pmlk-FluB(kg' ha-1 • a-1)

P-Fluss durch die mikrobielle Biomasse unterschiedlich bewirtschafteter BOden Ungediingt

Bio.Dynamisch

Organisch

Konventiondl

Mineralisch

AlP (ng.g.-1)

760

1060

995

838

793

P",,'dmgkg-J)

7,0

9,8

9,2

7,7

7,3

0,33 PmilcUmsatzrate (J'~

0,49

0,58

0,60

0,42

P nu'k-F1uss

6,0

12,6

14,1

1,2,0,

8,1

11,5

17.9

21,2

30,8·

25,S

(~,hi"rJ P-Pflanzen (kg*ha·l)

(DOK-Versuch, Therwil, OBERSON etaI19~?I.()J.- __

-

Forderung der Verwitterung der Festphase ?

Biochemische Strategie des Nahrstoffaufschlusses Rhizosphere

H+ (OH-)

•

pH-Wert

e-

•

Redoxpotential

•

Ectoenzym (z.B. Phosphatase)

Organicacids Amino acids • Sugarsetc. .[]. •

Root exsudates

-~/t~

~~

P'V~P'V""

--; r~-AllvJJ

'7

p,-~ th,~~

RhizosphereMicrorganisms

in der

Panorg.

HAUSSLlNG, M.; MARSCHNER,H. TARAFDAR,J.; JUNGK,A.1987

-I>

6.7

+ +

+

+ + + +

+

1989

P·AufschlieBungsvermogen Gerste

Sehr niedrig

Weizen, Hafer

Niedrig Relativ hoeh

Roggen, Mais Kartoffel, ZuckerrGbe,

Rotklee, Senf

Hoeh

Luzerne, Erbsen, Lupinen, Buchweizen

nach RUSENSAM L1NDENTHAL

u. RAUHE

Sehrhoch

1969

2000

OLA 120 - Nahrstoffmanagemenl im Organischen Landbau Phosphor und Kalium Integration

P-effizienter

Kulturarten

in die Fruchtfolge

Reiativertrage der letzlen 5 Jahre (NPK=100 %), gesamte P-EntzGge und P••.-Gehalte im Boden einiger P-Dauerfeldversuche in Deutschland

"1 Hale 'DaNem-

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Sand\lellehm-

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1~5-

2.9

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72

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WECHSIJNG

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3

1

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uf'ld PAGEl. (1993)

STUtAPF&l.a1.(l~) Uf1d CAESAR

(1997.

zilill

PAGEle!iaI.11S99)

~ 1.7-2.0

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JUNGKe:-a1

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1993

L l ~ ~_...__~_., _

• P CII. -Werte am Ende des Versuchszeitraumes VeroffentJichung .weJTechnet aus PAGEL (1999. S. 27) ·-Humusgehalte (in %)

(erganzt nach PAGEL et al. 1999) L1NDENTHAL 2000

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84<:

L- L! .--~- l . !

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LoB:

•

·"P"",,-Gehalte in mg PIL Bd.

bzw. des Betrachtungszeitraumes

der

Einflul1 der N-Dungung (N03-symbiontische Nz-Fixierung) auf den Rhizospharen-pH-Wert und P-Aufnahme von Soja

N-Angebotsform N03-N N2-Fixierung (Rhiziobien)

Ertrag (g/Gefal1)

Rhizospahren

7,1

8,0

11,5

5,3

pH·

P-Aufnahme (mg(Gefiil1) 5

38

\0H1

P-Versorgungsgrad

citronensaure Apfels&ure Wurzelzonen apikal basal apikal basal nmol/cm wurzel

.

2h

+ P

0.15

0.03

0.06

0.01

- P

0.87

0.20

0.27

0.13

--- J9J.-.....

120 - Nahrstoffmanagement

OLA

Phosphor

im Organischen und Kalium

Landbau -

Zusammenhange zwischen dominierender Saure in Wurzelabscheidungen und Mobilisierung von schwerloslichen Phosphaten bei verschiedenen P-effizienten Pflanzenarten

Pflanzenart

dominierende orq_Saure in Wurzelabscheidunqen unter P-Hanqel

effizient lIIobilisierte Phosphate

Autoren

Raps

Citronensaure Xpfelsaure Citronensaure l\pfelsaure Citronensaure

ca phosphate

Hoffland et al. (17)

Ca phosphate ca phosphate (Fe phosphatp.) Fe/Al phosphate

Ohwaki u. Hirato (27) Dinkelaker et al. (8) Ae et al.

Fe/Al phosphate

Henqeler

~ichererbse ~eiBlupine Straucherbse

Pisidic acid (Weinsaurederivat) Phenole

Elakea (Proteaceae) '!'olllate

(14)

Protonen

OLA

Ca phosphate

120 - Nahrstoffmanagement Phosphor

pH-Wert-Anderungen Bedeutuna

· · · · •

· · · · · ·

(2)

im Organischen und Kalium

(1)

Heuwinkel et 41. (15)

Landbau-

durch W -Wurzelabscheidungen

fUr die P-Mobllisierunal

P-Verfiiabarkeit

pH-Emiedrigung durch Wurzelaus·sc:heidungen -> Emohung der L6slichkeit von P (wenn P als Ca-Phosphat voMiegt). Die pH-Absenkung ist von Pflanzenart, Wurzelaktivitiit, Niihrstoffversorgungsgrad sQYoIie dem PufferungsvermOgen des Sodens abhangig.

Autoren

I

ROM HELD (1994)

Besonders leguminosen haben die Fahigkeit, den p •.•..Wert in der Rhizosphare zu senken. Zusammenhang mn der Form des aufgenommenen N (N03 ,NH.·, Rhizobien-N): Pflanzen mn AGUILLAR und VAN v.a. NH.--lLuftNrN Aufnahme ->hohes KationeniAnionen-Aufnahme-VerMltnis -> Abscheiden DIEST (1981) der uberflussigen H+_lonen .> pH-Absenkung in der Rhizosphare ->verstarkte P-Aufnahme

I

P-Aufnahme durch pH-Absenkung aufgrund von NH'-Stickstoffemahrung.

JUNGKund CLAASEN (19861

Starkere Emiedrigung des pH-Wertes bei N2 fixierenden im Vergleich zu N03 versorgten WeiBkleepflanzen. Bestimmte Leguminosen konnen auch bel NO,..Emahrung den pH-Wert absenken.

ROM HELD (1986)

Varianten mit NrN-Versorgung bei Ackerbohnen zeigten pH-Absenkung und p. Mobillsierung (Ca-Phosohatel -> hohere TM Ertraoe als Varianten mn NO,-N-Versortluna. Pflanzen, mn v.a. NO, 'N Aufnahme ->AnionenuberschuB -> Abgabe vcn OH- oder HCO,' Anstelaen des oH-We_ in der Rhizosoare. WeiBe Lupine: Absenkung des pH-Wertes ->Erhohung des laslichen Phosphors. Auch bel Raps P-Aufnahme durch Absenkung aufgrund van NH, ·-Stickstoffemahrung.

BEKELE et al. (1983) MARSCHNER et al. 1(1986\. HORST und WASCHKIES (19861

i

BEKELE et al. (1983)

Mobilisierung von Ca-Phosphalen bei Buchweizen wegen H+·Abscheidung sowie Veningerung der Ca-Konzentration im Boden durch vennehrte Aufnahme und/oder Adsorotion yon Ca-

BEKELE et al. (1983)

Hohe P-Effizienz von Buchweizen

VAN RAY und VAN DIEST 119791

SCHELLER (1993a), Bedeutung van Wurzelausscheidungen hinsichtfich ihrer direkten sowie indirektenEinfiOsse auf ROMHELD (1994), die Nahrsloffverfiigbar1<eit in der Rhizosphiire. GERKE (19950) und DEUBEL (1996)

Nl HAL 2000

'.

OLA 120 - Nahrstoffmanagement im Organischen Phosphor und Kalium

Enzymabscheidungen Phosphataseaktivitat

Landbau

-

(Phosphatasen) und in der Rhizosphare

Phosphatasen liegen mit niedriger Aktivitat im Boden vor. werden jedoch bel P-Mangel verstarkt von Mikroorganismen (alkalische Phosphatasen) ->Pflanzen (saure PhosDhatasen) aebildet Besonders hohe Gehalte von alkaliner und saurer Phosphatase sind in der Rhizosoahre PhDsphataseaktivitat ist an der Wurzeloberflache am hochsten. In der Rhizosphare von Klee und Weizen liegt eine Verarmung an organisch gebundenem Phosphor bis zu 65 % bzw. 85 % vor. dies ist auf die Wirkung von Wurzelohosphalasen zurUckzufGhren. Wurzelphosphatasen haben besonders bel geringeren Geha~en an leicht loslichem p. deutliche Auswirkungen auf die NahrstoffefflZienz von Pflanzen. Geringere Gehalte an leicht loslichem P treten bei langjahriger biologischer Bewirtschaftuna haufia auf.

P-Verbindungen

kommt

Hyphen von Mykorrhiza vor und wird auch durch die Pflanzenwurzeln freioesetzl Phylase dient der VerfGgbanmachung von Phylat (50% des p •••. ). es wird besonders bei geringer p •••••• Konzentration von Pflanzen produziert Die Spaltung von Phylal braucht zudem niedrige pH.Werte, wie sie in der Rhizosphare haufig vorkommen > auch Phylat kann zur P-Emahnung der Pflanze beilragen. ohne daP" Phylat vomer von Mikrooraanismen "vorhvdrolisiert" werden mult

L1NDENTHAl

Organisch gebundenes Pflanzen aufgenommen 2000

Phospal mur.. durch Phosphatasen zu werden

OLA 120 - Nahrstoffmanagement im Organischen Phosphor und Kalium

JUNGK & CLAASEN (1986 und 19891 SEELING (1992 TARAFDAR und JUNGK (1987) HELALund DRESSLER

(1989)

TARAFDAR und CLAASEN (1988) SEELING (1992).

Das durch Phosphatasen hydrolysierte Phosphat tragt emeblich zur Pflanzenemahnung bei. die Menge an hydrolisiertem Phosphat kann den Bedarf der Pflanzen sogar Gberstelgen. Phytase als wichtiges Enzym zum Abbau van organischen verschiedenen Mikroorganismen und den

ROM HELD (1994)

SCHEFFER und SCHACHTSCHABE L 11992. S. 2461

in

BECK et al. (1989) •

.9]...-

hydrolisiert

UJTl-vail'

werden.

..,

,~.=."".,..~..::.,'t;-::~

Landbau-

OrganisChe SaUren und andere organische Wurzelabscheidungen Bedeutung

fiir

die P·Mobilisierung

I P-Verfiigbarkeit

.Wirkung organischer Sauren, die yon PfIanzenwurzeln abgegeben werden. beruht wahrscheinlich nicht nur auf einer Senkung des pHWertes. .Kulturarten (z.B. Buchweizen. Raps. WeiP"e Lupine) sind bes. auf Boden. in denen P groP"teils als Ca-Phosphat va~iegl P-effizienter. Andere Arten (z.B. Straucherbsen. Protaceen) mobilisieren P besser auf BOden mil hauptsiichlich Fe- bzw. AI-Phosphal->Zusammenhang mil Art der organischen Saure (Wurzelausscheidung). .Mobilisienung von P durch WeiP"e Lupine aufgnund CitratAusscheldungen von Proteold-Wurzeln. Citrat wir1 stabiier Fe-IAI-eitrat-Komplex ->lrel gewordener P geht in Losung.

Autoren GARDENERet al. (1983)

ROMHELD (1994)

GARDENERet al. (1983). GERKE alaI. (1994)

.Weil3.e Lupine und Weizen in Mischkulturffihrte zu einer erheblichen Verbessenung der P-Aufnahme van Weizen auf Boden mit schwer verfugbarem Phosphor 10.

HORSTund WASCHKIES (1986)

• Oieser Mechanismus ist nur bei niedriger P-Verffigbarkeit im Boden yon Bedeutung: (z.B.in ungedGngten BOden hOhere Citratgeha~ als in BOden mil P-DGngung~

GARDEN ERet al. (1982) • ROMHELD (1 986). GERKE etal. (1994)

.P-Konzentration in der BodenlOsung unter Rotklee erhoht was auf die Ausscheidung van Citronensliure zurGckgefGhrt wird (gleichzeitig hohere AI-. Fe-. und Humins10ffgehalte der Bodenlosung unter Rotldee). Bel Emohung des loslichen P-Gehaltes im Boden (P-DGngung bzw. ZUsatz von Huminstoften) - geringerer ElnfluP" auf den SproP"ertTag bei Rotklee als bei Weidelgras.

GERKE (1995b)

.Modell der P-Mobilisienung durch Citralabscheidung sowie durch Tatrat-Abscheidung bei Strauchertlse.

AE alaI. (1990. zit in ROMHELEl1994). •

bei Kichererbse

--••..,

OLA 120 - Niihrstoffmanagement im Organischen Phosphor und Kalium

Landbau

-

Mykorrhiza. Rolle der MvkO
der P-Aufnatvne

• aber die VergrtiBerung

verschiedener der nihrstoff-

KuJtI..wpftanzen durch VAund wasserabsorbierenden

Autor.n vielhtdrbelegtz..B.ln: JURINAK

e'.1.

HOFUCH

.1.1.

Oberfliche,

TARAFDAR

• Produktlon yon Enzyme" (U.8. Phytase) zur Nutzung organischer p. Verbindungen die Abscheidung van Oxalaten, die p. bindende Kationen, besonders Calcium,binden kOnnen. Je nach MykolThiza-Stamm und P-Versorgung der Wirtspflanze stammen 26 - 66 % des von den Pflanzen aufgenommenen Phosphors yon der Mykontliza. • Besonders in Agrosystemen mil geringem exteme" Input wie im Biologischen landbau kano VA·Mykorrhiza die P-Aufnahme wegen der aennaen KonzentrBtion an Dftanzen~rtOabarem P erheblich steiaem

MARSCHNER

Steueruna (Hemmuntl\ der Mvkorrhizierunn oer Infektionsgrad der Pftanze mit Mykorttliza wird Dber verstar1d.e Absc:heidung yon Aminosauren und Zuckem aus P-verannten Wurzetn gesteuert Hohere Gehalte an lOslichem Phosphor hemmen die Entwicklung der VA-Mykormiza. - EinfluB der PhosphatdOngung auf die (Hemmung der) VAM-Infeldion yon Wurzeln. Hoher N~oOngereinsatz Besatzes.

verursacht

eine Venninderung

des Mykorttliza.

• Monokulturen. lange Bracheperioden sowie das Fehlen von Unkriutem dezjmiert das Spektrum der Wlrtspftanzen -> der ykorttlizabesatz geht zurOck. Einsatz yon Agro-Chemikalten. insbesondere '.'On Fungiziden, einer direlden oezimierung der Mykontliza-Population.

JONER

1;8&), (1S19O),

und (1993),

ul'lCl JAKOBSEN

(1Qi5).

LELLEY''';7)

KOTHARI

.tel.

(1Q91)

STOPPLER.,.1.

GRAHAM SAME

(11KlO).

(1D81), (1D83)

e' at.

el at

SAME el al. (1D83). STEFFAN (1985), VAN DER WERFF und BUYS (1gg0), WERNER e'al. (1990), RYAN at _I. (1;94) MOSSE (1;ae), BALTRUSCHAT unci DEHNE (1Q88), VAN DER WERFF

unci BUYS

MOSSE

(1~), BALTRUSCHAT (1gaa~

(1990)

unci DEHNE

HARINIKUMAR

unci BAGYARAJ

(1988)

fOhn zu

D~ Infektiositit yon Kulturpftanzen mil Mykol'11liza nimmt wie folgt ab: Sommergerste II:: Hafer> Winterweizen > Winterroggen > Kartoffel. Arlen aus der Familie der Chenopodiaceae und Crucifereae (z.B. ZuckerrObe, Raps) sind in der Regel nicht mykotroph. Hingegen sind U.a. einjahrige Leguminosen (Ackerbohne, Erbse) hoch mykotroph. • Die Mykontlizjerung bel Weizen unci Hafer hatte keine Ertragswh1wng bei elnem ausreichend hohen P-Gehaltsniveau im Boden, obwohl die Kolonisationsrate bel beiden Arten hoch war.

MOSSE

(1gM),

GNEKOY

VAN DER WERFF SATTEl..MACHER

...

,

STEFFAN

(1988~

unci BUYS (1;;0). at aL (1Qg1)

(1D8D, zit

In NOWACK

)

PLENCHETTE

el al.

(1~)

PLENCHETTE

alaI.

(UI83)

~

Effect of AMF inoculation on shoot dry weight and P uptake in the field experiments

l~ •

o No Inoculation

G clarordtJum G mosn,HVS1.

V.t3a

O
CI P uplllke

Effect of AM and P fertilization on P uptake in the pot experiment 1

16

P uptake (mg shoof

)

=:J • _

o No inoculation G.

Control Kola apatite Bone meal

G. hoi V18

mosseae

Roth

Sterilized soil

The soil relationship between extraradical (soil) hyphae and percentage of waterstable aggregates for a soil under different crop rotations

wppppw.

•

PPW. •

PP= old pasture PPW= pasture-pasture-wheat WW= wheat everY year WPF= wheat-pasture-Iallow PFW= pastuIe-fallow-wheat WF= wheat-fallow FW= faliow:wheat PPPWWP and WPPPPW= 2 yr wheat and 4 yr pasture -

PPPwwp •

WW

WPF

• WF

.FW •

PFW

5

10

15

Soil Hyphal Length (m g -')

The relationship of relative lengths (based on maximum length) of fibrous roots and extraradical (soil) hyphae with percentage water-stable aggregates in soils from prairie reconstructions at the Fermilab Site ...-.

100""1

o

F"ibrous

y

(/)

R'

Roots

= 49.79'(x··")

=

0.81

....o ~

80-1

Soil Hyphae y = 3.91·(x··")

=

R'

a +'--~---.--_ ... -.

o

20

0.74

t

40

_-_.,--,

60

-_._----,--_._

80

..

'00

Relative Length

Path model relating belowground plant and mycorrhizal fungus structures and plant Iifeform to geometric mean diameter of water-stable aggregates in a chronosequence of tall grass prairie reconstructions (Miller & Jastrow, 1990)

All biotic variables were log (x+l) transformed (n=4g). Arrows indicate causal paths: number are path coefficients (standardized partial regression coefficients) indicating the relative strength of each path leading to a response variable.

rei e en e

I

rooraanlsmen 1m

Frellebende

Mlkroorganlamen

en

0

1m Boden

Bereits im Jahr 1948 wurde die P~Mobilisterung aus schwer1Os1ichen Phosphaten durch Mikroorganismen nachgewiesen (mil Mikroorganismen infizierte Pflanzenkutturen waren deutlich besseT mil P versorgt als niehl mil Mikroorganismen

GERRETSEN (1948)

infiziertol.

Balderian und YOT allem Pilze kOnnen in noch viel grol1erem AusmaB als Pflanzen durch Abscheiduna von Chelatoren und SAuren Minerale zersetzen. • z.B. P·mobiisierendes Bakterium Bsci"us megatherium, das in den sOar Jahren in der frUheren Sowjetunion als DOnger'phosphobaclerin- angewendet wurde, und mil dam angebltch Ertragssteigerungen von 10 - 20 " erzielt werden konnten.

SCHELLER (19930) KUCEY at al. (1989), SUBBA RAO (1995)

Strategien der PoMoblllalerung durch Saktarien und Pilze pH-Wertabsenkung: Abscheidung organischer SAuren yon Mikroorganismen ->Freisetzung van Phosphor BUS schweriOslichen Verbindungen.

Andererseits wirkan die abgeschiedenen Siuren such als Chelatoren.

Hinweise, daB die Abscheidung yon organischen Sauren nieht die einzjge MOglichkeit der P-Mobilisierung yon Mikroorganismen sein dOrfte: z.B. Abscheiclung Protonen.

YOn

ECKHARDT (1979) ASEA al. (1998), LEYVAL und BERTHELIN (1989), BERTHELIN at al. (1991), SUBBA RAO (1995\ LEYVA!. und BERTHELIN (1989), BERTHELIN at al. i1991\:SUBBA RAO (1995 KUCEY at al. (1989), ILLMER und SCHINNER (1992), ILLMER und SCHINNER (1995)

at

Intertaktlon PIIanu, und P-moblllalerende Bakterien und Pllze DEUBEL (1996) Pflanzen sind auch in der Lege durch Wurzelausseheidungen das PhosphaUosungsvermOgen yon Rhizospharenmikroorganlsmen zu stimulieren: Veranderung der Zuckeffraktionen in Wurzelexsudaten yon P-Mangel-Pflanzen (Erbsen) -a das PhosphatlOsungsverm6gen (Tricaleiumphosphat) bei den BakteriensUimmen Azo·<:nirrifJum $0. und Pantoea 8C1alomerans Wird verbessert.

Wurzeldichte von Winterweizen in Abhangigkeit von der Bodentiefe und der Zeit (3 Termine: Bestockung, Schossen, Ahrenschieben) o

0.4

n flU

.

0.8

8

°fu

40

80

"

13.7

al

•

::r"· ".:pr~)',,::":' ~Q

120 160

200

Q

ab

QbQoQb

aO

I

54.7

"Magnet"

52.10

.

"Frilhgolc!"

GefOgeveranderungen

Potatoes after cereals Stubble

crops:

Potatoes after cereals Stubble crops: Lupine 23.4 x ha"

none

·uber yield: 14.6 t x ha-' Layers:

A: humus top soil B: dry and dense. iron-cemented

sand

C: dry, loose wlVte sand D: water holding white sand

.1 •••.••

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Porenkontinuitat:

tintenmarkierte Bioporen als a Funktion der Vorfrucht

Markierte Bioporen m"

o

20

40

60

80

100 120 140

20 42

~

62

E .£ .S!

I Biopores > 1nun (gesamt) I % Marked biopores

20

~c

40

"8

60

Bodentiefe [crn]

Q)

I Sioporea

CD

20

If)

40 60 Diss. DREESMANN

-0-

Wintergerste

-.-

LuzemeIGras

~

K1ee1Gras

I

42

62

Grass! clover •

97,2

67,7

Luzerne! Gras A

73,3

62,4

Bartey.

60,7

39,3

1·5 mm

Blopores > 5 mm

1993

Amounts of nutrients (mg 1100 9 soil) in tapestries and bulk soil material

Soil depth (cm)

Lactate soluble P

Total N (Kjeldahl) Burrows Bulk soil

old

Bulk soil

old

burrows

Lactate soluble K

Burrows

young

of earthworm

Total Ca

Burrows

Burrows

young

Bulk soil

old

young

Bulk soil

old

young

0-20

74

.

212

12

.

33

8

-

13

134

-

257

25- 50

38

75

155

6

9

26

10

9

13

90

129

219

50 -75

24

47

102

3

4

16

12

10

12

100

109

158

75 -100

10

25

35

3

3

8

11

8

11

76

105

127

100 -125

21

30

48

1

4

8

17

15

16

99

108

114

Distribution

of root-mass (% of total) as affected by locally concentrated

single

nutrients. Spring barley (Hordeum vulgare), sand, 8 weeks after sowing

Oem 18 em 36 em 54 em

""45.

", •

~

•

1!l

w·

4ll. 33

~

•

Wendende und mischende Bodenbearbeitung sind fUr eine effiziente Nutzung bodenbOrtiger Nahrstoffe, insbesondere bei niedrigen Nahrstoffgehalten, unverzichtbar.

PMN kg N Iha

200

o 400

Potentially

mineralizable

N (PMN) reserves in surface soil (0 to 7.5 em) as

related to tillage management and mean annual precipitation locations (after Doran, 1987).

at six USA

--

10 L ,